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Laboratori sull'ENERGIA!
Laboratori “ENERGIA”
31 OTTOBRE - 11 NOVEMBRE - 18 NOVEMBRE 2006
Attività didattiche e sperimentali realizzate dal dott. Renzo Rancoita fisico e collaboratore delCentro Didattico delMuseo Regionale di Scienze Naturali di Torino diretto dalla dott.ssa Elena Giacobino
Martedì 31 ottobre
Che cos'è il motore che tutto muove?
Il Sole
La lezione inizia in una splendida, luminosa, calda giornata di fine ottobre.
Renzo ci spiega tante cose: il ciclo dell'energia, le catene alimentari, il problema energetico, il futuro dell'energia, i pannelli fotovoltaici, la fusione, i colori e l'assorbimento dei raggi solari…il cambiamento nei consumi e nell'esigenza di energia dagli anni '60 in poi.
Tanti sono gli oggetti che utilizza per farci capire in modo facile ed immediato anche concetti molto complessi, strumenti che Renzo realizza con materiali semplici e di recupero. Ci insegna che niente va sprecato o buttato…
Basta un trenino di legno che proviamo a trascinare per spiegare le forze!
Tutti possiamo riprodurre questi esperimenti e ci spiega come costruire gli strumenti.
Siamo arrivati a spiegare che LAVORO = FORZA X SPOSTAMENTO
L = f x d
Ma attenzione la forza deve essere parallela allo spostamento!
Proviamo a salire su di un carrellino di legno, a turno trainato da un compagno.
I concetti si fanno più difficili ma Renzo sa come semplificare, ci fa misurare, fare i calcoli, costruire le formule, conoscere le unità di misura. Molto interessante e divertente quando ci racconta la personalità di alcuni grandi scienziati…notizie che in genere non si trovano sui libri. Peccato perché renderebbero più appassionanti alcune materie un po' toste!
Gli esperimenti continuano: calcoliamo il lavoro, definiamo che cos'è l'energia “ capacità di un corpo o di un sistema di corpi di compiere un lavoro ”. Tutto questo semplicemente facendo cadere un oggetto, misurare delle distanze o il peso di un corpo.
Ci parla di energia potenziale e di energia cinetica o energia di movimento.
Per farci comprendere come l'energia potenziale si trasforma in energia cinetica, ci propone un esperimento con il pendolo.
Verifichiamo tutte le posizioni assunte dalla pallina in movimento e per ogni punto cerchiamo di stabilire di che tipo di energia si tratta, quando è minima o massima, quando cresce o diminuisce.
Passo dopo passo siamo in grado di ricavare la formula!
Nel bilancino di Newton l'energia cinetica si trasmette a tutte le palline e finisce nell'aria come calore…infatti le palline si riscaldano.
Ma il vero laboratorio è la natura . Basta saper osservare!
Cerchiamo di trovare le formule di Robert Hooke, chiamato Leonardo da Vinci inglese e grande oppositore di Newton…Infatti alla sua morte Newton brucia tutto, trattati, scritti, quadri!
Ma di Hooke ci rimane la legge che dice che:
“ le deformazioni di un corpo elastico sono direttamente proporzionali alla forza applicata ”.
Questa legge ci consente di costruire un semplice strumento di misura per le forze. Con un elastico e dei piccoli pesi Renzo ci fa costruire un dinamometro .
Con un semplice foglio costruiamo la scala del dinamometro. Cerchiamo di essere precisi e di fare più letture.
Infine costruiamo la tabella con la forza in newton e l'allungamento in centimetri. Concludiamo con il grafico ottenuto con i dati della tabella. Scopriamo che la nostra energia è finita nell'area che si trova sotto il grafico ed è rappresentata dall'area di un triangolo che anche noi siamo in grado di trovare facilmente.
In questo primo laboratorio abbiamo non solo imparato delle nozioni ma abbiamo compreso con semplicità e chiarezza che le spiegazioni di fenomeni complessi possono essere facilitate e rese alla portata di tutti…basta a volte saper osservare, ma con occhio giusto !
Sabato 11 novembre
Anche il secondo incontro si svolge in una tiepida e limpida giornata di sole…
Renzo inizia con un esperimento che mette in risalto la forza del calore di una semplice candela.
Incredibile come una sola candela riesca a far muovere la parte sovrastante di cartone! Alla lavagna calcoliamo poi la sua forza.
Un piccolo e strano oggetto è la riproduzione in miniatura di una serra , come quelle utilizzate in Israele per purificare e rendere potabile l'acqua che si fa condensare sulle pareti.
Infatti sul territorio israeliano è possibile osservare molte di queste enormi cupole di vetro.
Conclusione: con l'energia solare possiamo ottenere l'acqua distillata.
Ci insegna poi che utilizzando barattoli di diverso colore esposti al sole possiamo misurare diverse temperature. Il barattolo di colore nero, a parità di contenuto di acqua risulterà più caldo!
Un altro esperimento molto simpatico consiste nella misurazione della temperatura di una certa quantità di acqua in un secchiello… Basta immergere una mano e …la mano si raffredda cioè perde calore e …l'acqua inizia a riscaldarsi!
Misurando la temperatura ogni due minuti si può vedere l'innalzamento di calore.
Renzo con molta pazienza ci fa riflettere, ci fa ricavare le formule, ci parla di calore specifico, di salto di temperatura.
Riesce a farsi comprendere dai bambini delle elementari, da quelli delle medie e delle superiori senza difficoltà.
Basta un barattolo per il gelato per ricavare uno strumento di laboratorio!
Come funziona la macchina a vapore ?
Quando la caldaia si riscalda il vapore va a far girare una specie di ruota. Il vapore caldo che esce fa girare le eliche. Se scaldiamo l'aria le molecole si muovono sempre più rapidamente.
T = Ec (energia cinetica delle molecole).
Gli esperimenti continuano…con una mini vaporiera!
Anche in questo incontro abbiamo imparato molte cose con tanti, semplici apparecchi che tutti noi possiamo riprodurre. Renzo ci lascia del materiale per realizzare in classe alcuni esperienze.
Conclude ricordandoci che gli esseri viventi sono macchine termiche a bassissimo rendimento.
Sabato 18 novembre
Purtroppo, il sole, che ci ha aveva accompagnato nei primi incontri, ci ha lasciato…per una giornata estremamente autunnale.
Renzo, infatti, ci spiega che il calore del sole in questi esperimenti ci avrebbe aiutato. Perché argomento di questo laboratorio sono l' energia elettrica e l' energia solare .
Iniziamo con semplici esperimenti sulle cariche elettrostatiche dovute allo strofinio.
Come al solito utilizziamo materiali semplici e di recupero: bicchierini di plastica, lattine, bacchette, pezzetti di carta…
Con le cariche elettrostatiche ottenute per strofinio si può arrivare a 10.000-20.000 volt, ma poiché non vengono trasportate “non danno resa”!
Magia!
Con una bacchetta strofinata su un panno di lana riusciamo a spostare il bicchierino di plastica che galleggia sull'acqua.
Anche con queste cariche ricaviamo la formula per il lavoro elettrico .
Il laboratorio continua!
Con un triangolino di rame, un quadratino di zinco, un pezzetto di carta imbevuto d'acqua riproduciamo l'esperimento di Volta che ha portato alla scoperta della pila .
Misuriamo la corrente…
Passiamo poi a dimostrare il legame che esiste tra elettricità e magnetismo .
La bussola si orienta sempre secondo il magnetismo terrestre!
Colleghiamo un generatore…La bussola si sposta, se si interrompe la corrente ritorna nella posizione iniziale.
La lezione continua, sperimentiamo, misuriamo, calcoliamo, riflettiamo…
Verifichiamo che se la carica elettrica è ferma non c'è campo magnetico, se la carica è in moto si genera campo magnetico.
Muovendo la calamita si genera una corrente!
Renzo non finisce mai di sorprendere! Con un vecchio ventilatore riesce ad alzare gli oggetti…
Ci parla di modelli di generatori perché ci fa riflettere sul problema mondiale delle fonti energetiche che si stanno esaurendo.
Ci parla delle fonti energetiche alternative con i pregi e i difetti.
Ad esempio quali sono i difetti dell' energia eolica ?
In nessuna zona il vento è costante;
si impegnano vaste aree;
si deturpa il paesaggio con gli impianti;
fanno molto rumore;
uccidono troppi uccelli e pipistrelli in volo.
Con le centrali a fusione i pannelli fotovoltaici potrebbero risolvere il problema energetico.
Con un minimo di energia solare anche in estate si può stare freschi!!!
Con il sole si può anche volare!!!
Il rotore a raggi solari si mette a girare se con una piccola pila si illumina la parte nera. Infatti le molecole che si trovano vicino alla faccia nera hanno maggiore energia, sufficiente per spostare la faccia con i loro urti.
Quanta energia ci invia il Sole nell'unità di tempo?
È molto semplice! Basta calcolare la superficie della sfera avente come raggio la distanza Terra – Sole.
Sempre matematicamente possiamo calcolare per quanto tempo ancora continuerà ad inviarci la sua energia, che, ci ricorda Renzo proviene dalle reazioni nucleari. In particolare dall'unione di quattro atomi di idrogeno che formano un atomo di elio.
Ma nessuna paura, il Sole continuerà a brillare ancora per qualche miliardo di anni!!!
La lezione si fa più intensa!
Non sarebbe possibile non parlare della legge di Einstein !
E = Mc²
Concludendo molto simpaticamente abbiamo calcolato quanta energia potremmo ricavare da un chilogrammo di fresco, dolce melone.
Abbiamo iniziato affermando che è il Sole che tutto muove.
Concludiamo affermando che fino a quando continuerà a donarci spettacoli come un bellissimo arcobaleno, possiamo stare tranquilli!
Ringraziamo il dott. Rancoita per la disponibilità, professionalità e simpatia dimostrate.
Ringraziamo la Direzione del Museo Regionale di Scienze Naturali di Torino per l'attenzione nei confronti della scuola in ospedale..
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